Untersuchung von dynamischer Stauzielregelung hinsichtlich der Stauwurzelentwicklung

In Zeiten der Energiewende und dem intensivierten Ausbau von erneuerbaren Energiesystemen
stellt dieser Artikel einen Optimierungsansatz für die Laufwasserkraft vor - die dynamische Stauzielregelung.
Deren Grundidee ist es, staubeeinflusste Fließgewässerabschnitte über das Betriebsregime
einer Wasserkraftanlage gleichmäßiger zu nutzen. Anders als bei der herkömmlichen Stauzielregelung
wird die Stauwurzel bei steigenden Abflüssen nicht an das Querbauwerk herangedrückt, sondern wird durch das temporäre Anheben des Stauziels in seiner Lage gehalten. Daraus wird für die höheren Durchflüsse eines Betriebsregimes eine größere Fallhöhe generiert. Dies wirkt sich, wie an einem Beispiel gezeigt werden kann, direkt auf die Leistung und in Zusammenspiel mit der Abflussdauerlinie auf die Jahresarbeit der Anlage aus. Somit stellt die dynamische Stauzielregelung eine umweltverträgliche, energiewirtschaftliche Optimierung für Laufwasserkraftanlagen dar.


1 Einleitung und Motivation

Der Begriff der Effizienz von Wasserkraftanlagen besitzt für deren Betreiber in Zeiten der Energiewende eine hohe Relevanz. Da der Ausbaugrad der Wasserkraft an großen Fließgewässern in Deutschland bereits auf einem hohen Niveau liegt, die Wasserkraft an kleinen Fließgewässern seit Einführung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) in den Fokus rückt und der Neubau von Querbauwerken für die Wasserkraftnutzung genehmigungstechnisch nahezu unmöglich erscheint, ist die bestmögliche Nutzung von Anlagen in den standortspezifischen Rahmenbedingungen anzustreben. Dafür werden bestehende Anlagen effizienzsteigernd umgebaut, Wehrstandorte ohne bisherige wasserkraftliche Nutzung als Anlagenstandorte neu erschlossen und Standorte mit ruhenden Wassernutzungsrechten wieder in Betrieb genommen. Im Rahmen einer steuerungstechnischen Optimierung kann eine dynamische Stauzielregelung gleichermaßen für geplante oder bestehende Anlagen eine effizienzsteigernde Maßnahme darstellen.

2 Dynamische Stauzielregelung

Grundidee der dynamischen Stauzielregelung ist es, mit Hilfe eines abflussabhängigen Stauziels eine größere Fallhöhe der Energieerzeugung zuzuführen. Dadurch können die Ausbauleistung sowie die Jahresarbeit Ea einer Anlage erhöht werden. Zwingende bauliche Voraussetzung für die dynamische Stauzielregelung ist die Ausrüstung der Wehranlage mit beweglichen Stauelementen [1].

Für die dynamische Stauzielregelung ist die durch den Aufstau des Fließgewässers beeinflusste Fließstrecke planerische Randbedingung. Diese ist mit den Regelorganen für das Betriebsregime der Wasserkraftanlage konstant zu halten. Im Gegensatz zur bisherigen, statischen Stauzielregelung wird die Stauwurzel bei größeren Abflussereignissen nicht mehr an das Querbauwerk herangedrückt, sondern im Oberwasser am Beginn der staubeeinflussten Fließstrecke gehalten (Bild 1). Dies führt dazu, dass das zugehörige Stauziel höher liegt als im statischen Stau und eine größere Fallhöhe mit dem Turbinendurchfluss kombiniert wird.
Zur Berechnung der



Copyright: © Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
Quelle: Wasserwirtschaft - Heft 05 (Mai 2020)
Seiten: 5
Preis inkl. MwSt.: € 10,90
Autor: Niklas Schwiersch

Artikel weiterleiten In den Warenkorb legen Artikel kommentieren


Diese Fachartikel könnten Sie auch interessieren:

Treibhausgasemissionen von Strom aus Wasserkraft
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (5/2020)
Für die klimaseitige Bewertung einer Strombereitstellung aus Wasserkraft müssen direkte und indirekte Treibhausgasemissionen (u. a. aus Bau, Instandhaltung, Rückbau) berücksichtigt werden. Mithilfe der Methode der Ökobilanzierung werden diese nachfolgend in Bezug auf 1 kWh erzeugten Strom ermittelt. Dazu wurden modellhaft Materialverbrauch, Stoff- und Energieflüsse sowie direkte und indirekte Emissionen verschieden großer deutscher Laufwasserkraftwerke quantifiziert.

Hybride Modellierung der hydrodynamischen Prozesse in unterirdischen Pumpspeicherreservoirs - Kurzfassung und Folgeentwicklungen
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (5/2020)
Dieser Fachaufsatz stellt eine Kurzfassung und Informationen zu Folgeentwicklungen der Dissertation „Hybride Modellierung der hydrodynamischen Prozesse in unterirdischen Pumpspeicherreservoirs“ dar. Der Fokus liegt auf der Analyse der grundlegenden hydrodynamischen Prozesse sowie auf den für potenzielle unterirdische Pumpspeicherreservoirs entwickelten Bemessungsansätzen. Deren Kenntnis stellt die Grundlage für eine erfolgreiche Realisierung der Speicherkraftwerke dar und muss in deren zukünftige Planung und Projektierung miteinbezogen werden.

Vergleich von Bewertungsverfahren für Pumpspeicherwerke
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (9/2019)
Bei der Wirtschaftlichkeitsbewertung von Pumpspeicherwerken kann es zu handwerklichen Fehlern kommen. Schwachstellen sind überschätzte Regelenergieerlöse, veraltete Annahmen zum Marktumfeld sowie stündliche Strompreise, die nicht aus Fundamentmodellen stammen, und einfache Heuristiken zur Ermittlung zukünftiger Erlöse. Gerade die letzten beiden Punkte haben einen großen Einfluss auf das Ergebnis der Wirtschaftlichkeitsbewertung. Daher wird in dieser Arbeit untersucht, ob einfache Heuristiken oder exakte Verfahren genutzt werden sollten und welche Effekte die Art der Generierung der stündlichen Strompreise hat.

Saugrohroptimierung zur Leistungssteigerung einer kleinen S-Turbine
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (9/2019)
Das Saugrohr einer Niederdruckanlage verbindet die Turbine mit dem freien Unterwasserspiegel. Gleichzeitig wandelt es einen Teil der hinter dem Laufrad vorherrschenden Strömungsenergie in Druckenergie um, wodurch die Leistung der Turbine wesentlich gesteigert wird. Eine Leistungssteigerung erfolgt jedoch nur, wenn alle Komponenten aufeinander abgestimmt sind. Das Saugrohr einer kleinen S-Turbine wird dahingehend für einen großen Betriebsbereich optimiert. Zugleich werden instationäre Phänomene analysiert, um den Durchfluss betriebssicher zu erhöhen.

Diskussionsbeitrag zur Abströmung einer Wasserkraftanlage und deren Interaktion mit der Leitströmung aus einer Fischaufstiegsanlage
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (9/2019)
Im Rahmen der vorgestellten Untersuchungen wird auf den Aspekt der Auffindbarkeit des Einstiegs in eine Fischaufstiegsanlage in direkter Nachbarschaft der Turbinenabströmung einer Wasserkraftanlage sowie deren Interaktion eingegangen. Es werden dabei unterschiedliche Möglichkeiten der Anbindung der Fischaufstiegsanlage mit einer durchgehenden Sohle über eine Berme unterschiedlicher Neigung und Ausgestaltung zur Verringerung bzw. Vermeidung eines Sackgasseneffektes diskutiert, deren Einflüsse auf die Leitströmung aufgezeigt und Lösungsmöglichkeiten erörtert.

Name:

Passwort:

 Angemeldet bleiben

Passwort vergessen?